آنالیز روغن گیربکس: مطالعه موردی

با درود فراوان

هدف از این پست، پاسخ به سوال یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ و در عین حال، یک مطالعه موردی یا Case Study از آنالیز روغن یک گیربکس (جعبه دنده) صنعتی است.

شرح مساله: گیربکس صنعتی را در نظر بگیرید که در یک سیستم کانوایر در یک منطقه کویری (نزدیک دریا) کار می کند. از آنجا که گیربکس نزدیک دریا است، Single Rise شدن عناصری مانند کلسیم و سدیم کاملا پذیرفته است. از سوی دیگر، بدلیل Hi-Rise بودن همیشگی عناصری مانند Si و Al، فرسایندگی یا Erosivity روغن گیربکس نیز بالا است. بنابراین، Single Rise شدن گاه به گاه عناصری مانند Fe نیز دور از انتظار نبوده و به امری عادی بدل شده است. شکل 1 را ببینید.

شکل 1: نمودار تغییرات غلظت عناصر آهن و سرب در طول زمان (Historical Trend)

با گرم شدن هوا (اواسط فصل بهار)، سطح عناصر Fe، Cr، Ni، و Pb ناگهان شروع به افزایش شدید کرده و توجه کارشناس نگهداری و تعمیرات را جلب می کنند. در نگاه اول، به نظر می رسد که سه عنصر اول به کارسودگی (Wear-out) قطعات فولاد آلیاژی و عنصر آخر نیز به سایش (Wear) برینگ های گیربکس مربوطند. بر این اساس، کارشناس مربوطه دستور تعویض روغن گیربکس را می دهد. پس از چند ماه کار و در اواسط تابستان، اولین نتایج آنالیز روغن حاکی از ادامه روند کارسودگی و سایش است. شکل 2 را ببینید.

براساس داده های شکل 2، کارشناس نگهداری و تعمیرات نتیجه گرفت که گیربکس وارد مرحله بروز خرابی و توقف کار شده است. اما، برای تصمیم گیری در مورد توقف کار گیربکس، این اطلاعات و ادله کافی نیست! در این مورد، کارشناس مربوطه، به درستی، به سراغ داده های آنالیز ارتعاش رفت.

شکل 2: نمودار تغییرات غلظت عناصر آهن، کروم، نیکل، و سرب در طول زمان (Historical Trend)

داده های آنالیز ارتعاش نشان دهنده رفتار ارتعاشی غیرمعمول در برینگ ورودی گیربکس بود. بنابراین، نتایج آنالیز روغن تایید شد و تصمیم بر تعویض گیربکس قرار گرفت. اما، مشکل چه بود؟

پاسخ به این سوال در ترکیبی از تست های آنالیز روغن نهفته است. ترکیبی از مشخصات عملکردی روغن که در ظاهر ارتباطی به یکدیگر ندارند! اما، با تلفیق این داده ها با یکدیگر است که کارشناس آنالیز می تواند به دید عمومی و روشنی درباره تحلیل خرابی پیش بینانه دست یافته و سپس، اقدامی پیشگیرانه انجام دهد. یکی از این مشخصه ها، ویسکوزیته سینماتیک روغن است و ارتباط دهی آن با آنالیز عناصر و تفسیر نتایج کسب شده، احتیاج به دانش و تجربه فراوان دارد.

در مورد این گیربکس، اتفاق جالبی افتاده بود! بدین شرح که روغنی که در سال قبل و با آغاز فصل پاییز، بدلیل پاره ای تصمیمات مدیریتی، گرید روغن مصرفی از ISO VG 680 به ISO VG 150 تغییر می یابد! طی این چند ماه و تا آغاز فصل تابستان و بروز برخی علائم هشدار دهنده، عدم تطابق ویسکوزیته نمونه روغن کارکرده ارسالی به آزمایشگاه با مشخصات روغن مصرفی ذکر شده در منوآل گیربکس بصورت مداوم توسط آزمایشگاه گوشزد می شده است. بالاخره در اواسط تابستان، تصمیم به بازگرداندن گرید روغن به همان ISO VG 680 گرفته و این روغن یکبار در گیربکس شارژ می شود. اما، دیگر دیر شده بود! و گیربکس فردای آن روز جام کرد! نمودار شکل 3 را ببینید.

شکل 3: نمودار تغییرات غلظت عناصر آهن، کروم، نیکل، و سرب در طول زمان (Historical Trend) از حدود یکسال قبل تا بروز خرابی

پس از باز کردن گیربکس، مشخص شد که تمامی مجرا های سیستم روغنرسانی پر از لجن بوده و تماما مسدود شده بودند. روغن ISO VG 150، بدلیل ویسکوزیته پایینتر قادر به روان شدن و باز کردن راه خود از میان این مجرا های بسته و رساندن خود به بخش های عملکردی و درگیر تبادل تنش بود. اما، همین مقدار نیز کفایت روانکاری کل گیربکس را نمی کرد! اما از هیچ هم بهتر بود!

با تغییر مجدد نوع روغن به ISO VG 680، ویسکوزیته روانکار به حالت اولیه خود برگشته و روغن دیگر قادر به عبور از مجاری نیمه بسته و پر از لجن نبود! بنابراین، همان آب باریکه هم قطع شد و عملا گیربکس بمدت یک شیفت کاری بدون روغن کار می کرد! و همین علت جام کردن آن، یک روز پس از تعویض روغن، بود!

اما، مسئولیت این خسارت با کیست؟

پاسخ به این سوال با شرح ماجرای فوق بسیار راحت است: انگشت اتهام کارشناس آنالیز روغن (نگهداری و تعمیرات) را نشان می دهد! چرا؟ چون اشتباه ایشان بوده است که باعث خرابی گیربکس شده است. اما، اشتباه کجاست؟

یکی از مواردی که در دوره آنالیز روغن پیشرفته بدان پرداخته و بر آن بشدت تاکید می شود، اشتباهات رایج در آنالیز روغن و گریس است. یکی از اشتباهات رایج، عدم توجه به روند اکسیداسیون روغن یا گریس و نتایج آن، بویژه در روغن های صنعتی است که در تجهیزات ترمودینامیک کار نمی کنند، مانند روغن های هیدرولیک و روغن های گیربکس. اشتباه مسلم کارشناس نگهداری و تعمیرات در مورد این گیربکس نیز عدم توجه به اکسیداسیون روغن گیربکس، تشکیل لجن، و مسدود شدن مجاری روغنرسانی بود. اتفاقی که با تست ساده TAN ممکن بود منجر به نجات گیربکس و عدم نیاز به تغییر ویسکوزیته روغن از ISO VG 680 به ISO VG 150 شود. اگر روند تغییر TAN روغن کارکرده در برابر رفتار ویسکوزیته سینماتیک و آنالیز عناصر با هم و بصورت همزمان دیده می شد (بحث نمودار تجمعی یا Cumulative Graph) بروز خرابی در مدارات ناشی از تشکیل لجن و اکسیداسیون روغن بسیار زودتر تشخیص داده می شد.